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物理学家终于可以窥视薛定谔的猫,而不会永远 ... 死它

(图片:)Shutterstock)

在薛定谔的猫身上可能有一种潜入山峰的 ... ,这是一种著名的基于猫的思维实验,它描述了亚原子粒子的神秘行为,而不会永久地 ... 死(假设的)动物。

这只不幸的、想象的猫在盒子里同时活着和死去,或者存在于“死”和“活”态的叠加中,就像亚原子粒子同时存在于许多状态的叠加中一样。但是,看盒子里面的东西会改变猫的状态,然后猫要么活要么死。

现在,然而,10月1日发表在《新物理学杂志》上的一项研究描述了一种在不强迫猫生或死的情况下潜在地窥视猫的 ... 。通过这样做,科学家们对物理学中最基本的悖论之一有了更深入的理解。

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在我们普通的、大规模的世界里,看着一个物体似乎并没有改变它。但放大的程度足够大,事实并非如此。

“我们通常认为我们为寻找所付出的代价是微不足道的,”该研究的主要作者、日本广岛大学物理学副教授霍尔格霍夫曼(Holger F.Hofmann)说那是不对的。为了观察,你必须有光,光改变了物体。“那是因为即使是一个光的单光子也会将能量从你所观察的物体转移出去或转移到你所观察的物体上。”

Hofmann和Kartik Patekar,他当时是广岛大学的访问本科生,现在在孟买印度理工学院,霍夫曼说:“我们不知道是否有一种不付出代价的方式来观察。他们建立在一个数学框架上,这个框架将最初的相互作用(看猫)和读数(知道猫是活的还是死的)分离开来。”关键是我们将测量分为两步。

通过这样做,Hoffman和Patekar能够假设,所有参与初始相互作用或偷看猫的光子都被捕获,而不会丢失任何关于猫状态的信息。所以在读出之前,所有关于猫的状态(以及如何改变它)的信息都是可用的。只有当我们读出信息时,我们才会丢失其中的一部分。

“有趣的是,读出过程选择了这两种信息中的一种,并完全擦除了另一种,”霍夫曼说。

以下是他们如何用薛定谔的猫来描述他们的工作。假设猫仍然在盒子里,但与其看里面来确定猫是活的还是死的,不如在盒子外面设置一个摄像头,以某种方式在里面拍照(为了进行思维实验,忽略物理摄像头实际上并不这样工作的事实)。一旦拍下照片,相机就有两种信息:猫是如何因拍摄照片而改变的(研究人员称之为量子标签),以及猫在相互作用后是生是死。这些信息还没有丢失。霍夫曼告诉《现场科学》,根据你选择“开发”图像的方式,你可以检索其中一条或另一条信息。

可以想象一个硬币翻转。你可以选择知道一枚硬币是被抛出来的,还是当前是正面还是反面。但你不能两者都知道。更重要的是,如果你知道一个量子系统是如何变化的,如果这种变化是可逆的,那么就有可能恢复它的初始状态。霍夫曼说:

“你总是要先干扰系统,但有时你可以撤销它。”。对于猫来说,这意味着要拍张照片,但不是让它看清猫,而是让它恢复到死气沉沉的状态。

至关重要的是,读数的选择要在测量分辨率之间进行权衡文中证明了尿毒症与尿毒症的干扰是完全相等的分辨率是指从量子系统中提取了多少信息,而扰动是指系统发生了多少不可逆转的变化。换言之,你对猫的当前状态了解得越多,你就越能无可挽回地改变它。

“我发现令人惊讶的是,解除干扰的能力直接关系到你获得了多少关于可观测数据的信息,”或者它们测量的物理量,霍夫曼说。“这里的数学是非常精确的。”

虽然先前的工作已经指出了在量子测量中分辨率和扰动之间的权衡,但本文是第一个量化这种精确关系的,澳大利亚国立大学的理论物理学家迈克尔·霍尔,霍尔在一封电子邮件中告诉《现场科学》:“据我所知,没有任何先前的研究结果在分辨力和干扰力方面是完全平等的,”霍尔说,他没有参与这项研究这使得论文中的 ... 非常简洁。

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